COMPARAÇÃO ENTRE OS SISTEMAS DE DIGESTÃO ANAERÓBIA E NITRIFICAÇÃO/DESNITRIFICAÇAO NO TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS DA SUINOCULTURA

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1 COMPARAÇÃO ENTRE OS SISTEMAS DE DIGESTÃO ANAERÓBIA E NITRIFICAÇÃO/DESNITRIFICAÇAO NO TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS DA SUINOCULTURA Gabiatti N.C.* 1, Zacharias, N.D. 2, Schmidell, W. 3, Kunz, A. 4, Soares H.M. 5 1 Mestranda do Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos da UFSC naianagabiatti@yahoo.com.br 2 Iniciação Cientifica Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos da UFSC nylmar_diego@hotmail.com.br 3 Professor do Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos da UFSC wschmidell@enq.ufsc.br 4 Pesquisador da Embrapa Suínos e Aves, Br 153 Km 110, , Concórdia-SC Brasil, kunz@cnpsa.embrapa.br 5 Professor do Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos da UFSC soares@enq.ufsc.br Resumo A situação ambiental crítica vivida nas regiões onde há elevada concentração de atividade na suinocultura, tem motivado a busca por processos biológicos novos, além da otimização daqueles já existentes no tratamento de dejetos suínos. Este trabalho compara o desempenho entre dois sistemas distintos no tratamento deste resíduo. O primeiro é composto por duas etapas, a nitrificação aeróbia e a desnitrificação em meio anóxico, realizadas em dois reatores interligados, com reciclo. No segundo sistema, a digestão anaeróbia é realizada através de um Reator de Manta de Lodo de Fluxo Ascendente (UASB). O processo de nitrificação/ desnitrificação, além de promover a remoção de nitrogênio, mostrou-se mais eficiente na remoção de matéria orgânica, atingindo valores superiores a 90%. Apesar disso, a digestão anaeróbia tem vantagens econômicas para produtores de pequeno e médio porte, o que poderia ser ainda mais explorado considerando sua capacidade de geração do biogás, cerca de 0,2 L gás/kg DQO remov dia, neste experimento. No entanto, a falta de incentivos governamentais e conhecimentos técnicos suficientes ainda são um entrave a esse tipo de aplicação. Palavras-chave: Dejetos suínos, desnitrificação, digestão anaeróbia, nitrificação. 99

2 COMPARATION BETWEEN ANAEROBIC DIGESTION AND NITRIFICATION/DENITRIFICATION SYSTEM IN SWINE WASTEWATER TREATMENT Abstract The critical environmental situation observed in regions with high concentration of swine production has motivated the search for new treatment processes in order to improve or replace those already existent for pig manure treatment. This study compares the performance of two different systems of waste treatment. The first one is composed by two steps, aerobic nitrification and denitrification in anoxic medium, performed at two connected reactors, with recycle. In the second system, the anaerobic digestion is performed through an Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB). The nitrification/denitrification process, besides promoting the nitrogen removal, appeared to be more efficient in organic matter removal, reaching values over 90%. Despite this, anaerobic digestion has economical advantages to middle and small producers, what could be even more explored considering its biogas production capacity, about 0,2 L gas/ kg DQOrem day, at this experiment. However, the lack of governmental incentives and technical knowledge are still a barrier to this type of application. Key- words: Anaerobic digestion, denitrification, nitrification, pig manure. Introdução A suinocultura é uma atividade reconhecida por produzir grandes quantidades de resíduos com altas cargas de nutrientes (fósforo e nitrogênio), matéria orgânica, sedimentos, patógenos, metais pesados (cobre e zinco utilizados nas rações como promotores de crescimento, por exemplo), hormônios e antibióticos (USDA; USEPA, 1999 apud Kunz et al, 2005). Estas características conferem um alto potencial poluidor ao efluente, exigindo que o sistema de tratamento aplicado seja capaz de solucionar de maneira eficaz os problemas, sem apresentar custos de implantação e manutenção excessivos ou complexidade no controle do processo. O Laboratório de Tratamento Biológico de Resíduos (LTBR) vem investigando diferentes processos para o tratamento deste tipo de resíduo. Entre estes, estão a digestão anaeróbia através de reator UASB e a nitrificação/desnitrificação através de conjunto de reatores aeróbio e anaeróbio respectivamente, os quais são parte integrante de um projeto de cooperação entre a UFSC e a Embrapa Suínos e Aves. O processo de digestão anaeróbia se dá pelo consumo de matéria orgânica por diferentes microrganismos heterotróficos, até a última etapa de metanogênese, em que o biogás é liberado. Já a nitrificação é promovida por microrganismos autótrofos e quimiolitotróficos que oxidam o amônio, utilizando o oxigênio como aceptor final de elétrons. Na desnitrificação, microrganismos heterótrofos facultativos utilizam o nitrato como aceptor final de elétrons e a matéria orgânica serve de fonte de carbono orgânico. 100

3 Este trabalho teve por objetivo estabelecer uma comparação entre os dois sistemas citados, observando a eficiência de cada processo na redução da carga poluidora do efluente tratado e observando as vantagens e desvantagens de cada um no intuito de poder propor um sistema que atenda às necessidades do setor da suinocultura. Material e Métodos Os dois sistemas foram conduzidos no LTBR, localizado no Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos da UFSC, e monitorados separadamente, sendo alimentados com efluente de mesma origem, coletado na saída do decantador primário da Estação de Tratamento de Dejetos Suínos (ETDS) da Embrapa Suínos e Aves, em Concórdia - SC. O sistema de nitrificação/desnitrificação consiste em dois reatores, um anóxico do tipo híbrido e outro filtro biológico com aeração submersa, ambos de 1L de volume útil, com reciclo do efluente do aeróbio para o anóxico e recheados com material suporte AMB BIO MEDIA. Também contavam com aquecimento externo, para manutenção da temperatura em torno de 30 o C. Além disso, o ph nos reatores foi mantido em torno de oito, através de ajuste com solução de NaOH ou HCl e adição, ao reator nitrificante, de solução tampão de bicarbonato de sódio. O sistema de digestão anaeróbia é composto basicamente de um reator UASB com volume útil de 9,8 L e um sistema de armazenamento e medição do gás coletado no separador trifásico, mantido a temperatura ambiente (em torno de 22 C). Ambos os reatores foram operados em regime de fluxo contínuo, através de bombas peristálticas a vazões de 0,5 L/dia para nitrificação/desnitrificação e 3 L/dia para UASB. A concentração do efluente bruto no meio sofreu aumento gradativo durante o período e, conseqüentemente, a carga orgânica volumétrica (COV) e concentração de nutrientes aplicadas a cada um. As grandezas acompanhadas periodicamente nos dois sistemas e utilizadas em nível de comparação foram ph, N-NH 4, DQO. A determinação da amônia foi realizada segundo a metodologia colorimétrica de Nessler, descrita por Voguel (1981). A análise de DQO foi realizada de acordo com metodologia padrão (APHA, AWWA, WEF, 1995). Para determinação de ph utilizou-se potenciômetro assim como a calibração do potenciômetro (QUIMIS, modelo Q-400A). Resultados e Discussão Os resultados das análises de DQO para cada sistema estão ilustrados nas Figuras 1 e 2. Na Figura 1, é possível observar que o sistema de nitrificação/desnitrificação permanece com uma eficiência de remoção praticamente constante ao longo do acompanhamento, em torno de 90%, mesmo havendo variação considerável na carga orgânica de entrada ( mg O 2 /L). Enquanto o UASB, que vinha tendo um desempenho inferior, não passando de 70% de remoção, ao ser submetido a cargas mais elevadas, como é mostrado na Figura 2, passou a remover em torno de 80% da matéria orgânica presente na forma de DQO. Isto deve-se ao 101

4 fato das bactérias desnitrificantes terem maior afinidade pelo carbono orgânico do que as bactérias metanogênicas, levando a um efluente de melhor qualidade. Além do desempenho melhor na remoção do carbono orgânico, o processo de nitrificação/desnitrificação remove o nitrogênio amoniacal de forma bastante eficiente, chegando a reduzir 80% em relação ao inicial de 600 mg N-NH 4 /L em média, enquanto a digestão anaeróbia remove apenas o nitrogênio amoniacal suficiente para sustentar o crescimento celular, que neste caso é inferior a 10% da matéria orgânica da entrada, havendo necessidade de se utilizar outro processo de tratamento para promover a remoção deste poluente. Apesar da concentração de amônia ter atingido valores bastante elevados na entrada dos sistemas, não foi constatada inibição da biomassa de nenhum dos reatores. Isto pode ser atribuído ao fato do ph dos dois sistemas terem permanecido numa faixa entre 7,5 e 8,0 no período em questão, evitando a formação de ácido nitroso em maiores concentrações (ph ácido) ou amônia livre (ph alcalino). Por outro lado, o processo anaeróbio produz o metano, que pode ser utilizado como fonte de energia. O volume de biogás, cujo metano é o principal componente, gerado no UASB e acumulado no gasômetro durante o tempo de acompanhamento foi razoável, considerando as baixas temperaturas durante o período. O fator de produção de gás obtido ficou em torno de 0,2 L gás/ Kg DQO remov dia. Conclusões O sistema de nitrificação/desnitrificação apresentou remoção da carga orgânica mais elevada (superior a 90%) que o sistema de digestão anaeróbia através do UASB, podendo ser considerado mais eficiente com relação à qualidade final do efluente. Contudo, a capacidade de geração de biogás do processo anaeróbio é um fato importante a ser considerado na escolha do sistema a ser implantado em granjas de suinocultores, pois, dependendo da política energética e da política ambiental vigente na ocasião, mesmo com as desvantagens ambientais citadas, o biogás pode ser fundamental para viabilizar economicamente a implantação de sistemas de tratamento adequados. Literatura Citada APHA, AWWA, WEF. Standard methods for the examination of water and wastewater. 19th ed. American Public Health Association. Washington, DC KUNZ, A.; HIGARASHI, M.M.; OLIVEIRA P.A.V. Tecnologias de Manejo e Tratamento de Dejetos de Suínos Estudadas no Brasil. Cadernos de Ciência & Tecnologia, Brasília, v. 22, n. 3, p , set./dez VOGUEL, A.I. Análise Inorgânica Quantitativa. 4ª Ed., Guanabara, RJ

5 Figura 1. Dados referentes a entrada e saída de matéria orgânica na forma de DQO, expressa em mg O 2 /L, no sitema de nitrificação/desnitrificação e o respectivo percentual de remoção. Figura 2. Valores de entrada e saída de matéria orgânica na forma de DQO, expressa em mg O 2 /L, do reator UASB e o respectivo percentual de remoção. 103